第４１卷第４期电力电子技术
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４Ａｐｒｉｌ，２００７
２００７年４月ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
一种采用ＤＳＰ控制并基于三相半桥逆变器的ＵＰＳ
黄玉水１，侯明鑫１，吴胜益２
（１．南昌大学，江西南昌３３００３１；２．江西公安专科学校，江西南昌３３００４３）
摘要：针对基于三相全桥逆变器的不间断电压（缺点，提出了一种用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７控制的基于三相半桥ＵＰＳ）
逆变器的在线式ＵＰＳ。详细分析了该ＵＰＳ的工作原理和电路结构，给出了软件设计方案。通过仿真和实验结果表明，该ＵＰＳ系统具有带三相不对称负载能力强，输出电压波形总谐波失真度（小，工作效率高等优点。ＴＨＤ）
关键词：逆变器；不间断电源／数字信号处理器中图分类号：ＴＭ４６４
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－１００Ｘ（２００７）０４－００５３－０３
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤＳＰｉｎＵＰＳＣｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎＴｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＨａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅＩｎｖｅｒｔｅｒ
ＨＵＡＮＧＹｕ－ｓｈｕｉ１，ＨＯＵＭｉｎｇ－ｘｉｎ１，ＷｕＳｈｅｎ－ｙｉ２
（１．ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｘｉｃｏｌｌｅｇｅｏｆＰｕｂｌｉｃＳｅｃｕｒｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ３３００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｔｏｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆＵＰＳｂａｓｅｏｎｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎ－ＬｉｎｅＵＰＳｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，
ｏｆｔｈｅＵＰＳａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈｅＵＰＳｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｍｅｒｉｔｓｏｆｓｔｒｏｎｇａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ，ｌｏｗｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ（ＴＨＤ）ｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ，ｈｉｇｈｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
１
引言
逆变器是不间断电源（的主体部分，是将ＵＰＳ）
直流电能转换成交流电能的必由途径［１］。传统的在线式ＵＰＳ常采用三相全桥逆变器［２￣４］，其优点是利用一组电池就能提供较大的功率，从而有利于减少每一个管子上的电压；主要缺点：一是输出三根都是火线，必须经过“隔离变压器才能得到三相四线△－Ｙ”
制的输出电压；二是由于每一路输出电压都需要两对管子参加工作，这就造成了当三相负载不平衡时，而影响三相输出电压的精度。
针对上述三相全桥逆变器的缺点，介绍了一种采用ＤＳＰ控制的三相半桥逆变器，分析了其工作原理，在该基础上进一步分析了基于三相半桥逆变器的在线式ＵＰＳ的工作原理，并给出了主电路结构和软件设计方案，最后通过仿真和实验结果证明了该设计方案的可行性。
半桥逆变器的控制电路和工作过程比全桥逆变器简单，从而提高了整个ＵＰＳ系统的可靠性。现以一组开关管ＶＴ５和ＶＴ６为例，讨论产生一路正弦波的过程。
２三相半桥逆变器主电路结构及工作
原理
图１示出三相半桥逆变器主电路结构。要得到与采用三相全桥逆变器设计的ＵＰＳ同样的功率，需将原来用于全桥的电池组数量增加一倍，但容量减半。
定稿日期：２００７－０１－２２
作者简介：黄玉水（１９６９－），男，江西南昌人，博士，副教
授。研究方向为电力电子技术与应用。
图１
三相半桥逆变器主电路结构
当由ＤＳＰ产
生的脉宽调制信号在某一时刻打开ＶＴ５时，电流路径如图１ａ中ｉ正１的实线箭头所示。在此过程中，ＧＢ１除
（１）产生正半波的过程（见图１ａ）
了向负载１提供能量，同时对于电感Ｌ１也是一个充电储能过程；当ＶＴ５导通结束，由于Ｌ１上储存了能量，在ＶＴ５快速关断的激励下，产生反电动势阻止电
５３
第４１卷第４期电力电子技术
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４Ａｐｒｉｌ，２００７
２００７年４月ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
流突变，电流路径如图１ａ中ｉ正２的虚线箭头所示。在此过程中，Ｌ１将存储的能量回馈给了ＧＢ２。显然ＶＴ５每一次导通都伴随着一次能量的回馈，由于输出波形的后面是ＬＣ滤波器，这样负载１上便得到了正弦波的正半波，此时电流方向由电路指向负载。
（２）产生负半波的过程（见图１ｂ）
ＵＰＳ的工作原理
（当市电正常供电时，市电经输入变压器后，一１）
方面给蓄电池充电，另一方面经过ＰＦＣ整流成４００Ｖ３．２
的直流稳压电源，然后再利用空间矢量脉宽调制法（，在逆变器内将直流电逆变为高质量的正ＳＶＰＷＭ）
弦波交流电输出给负载。此时，二极管ＶＤ１反偏截止。（当市电异常时，如欠压、断电，２）ＶＤ１的阴极电压将低于３６０Ｖ。此时，蓄电池组为逆ＶＤ１正向导通，变器提供直流电，从而保证电源的逆变器继续以无时间中断及无波形扰动的方式向负载提供高质量的正弦波交流电。
当产生正弦
波正半波的过程结束后，由ＤＳＰ产生的ＰＷＭ控制信号开始触发ＶＴ６，使ＶＴ６导通，电流路径如图１ｂ中ｉ负１的实线箭头和ｉ负２的虚线箭头所示。在此过程中，与产生正半波的过程类似，显然ＶＴ６每一次导通后也伴随着一次能量的回馈，经ＬＣ滤波器后，负载１上便得到了正弦波的负半波。这样，产生一路正弦波的过程结束，另两路产生正弦波的过程分别对应ＶＴ１和ＶＴ２，ＶＴ３和ＶＴ４，其原理与ＶＴ５和ＶＴ６的一致。
由此可见，三相半桥逆变器电路产生的三相输出电压分别对应三组桥臂ＶＴ１和ＶＴ２，ＶＴ３和ＶＴ４，
由于这三组桥臂相互独立工作，使得：ＶＴ５和ＶＴ６，①
在产生三相输出电压时就相互隔离，不存在相互影响的问题；有较高的输出②当带三相负载不平衡时，
电压精度；③省去了与三相全桥逆变器相连的“△－Ｙ”隔离变压器，实现了三相四线制。
４
系统软件设计
软件设计主要针对逆变器的控制。即定时器１
提供ＰＷＭ的产生、Ａ／Ｄ采样和高频电流控制环等
的时基；定时器２提供低频电压控制环的时基，两者均工作在连续增／减计数模式。中断屏蔽寄存器ＩＭＲ，ＥＶＩＭＲＡ和ＥＶＩＭＲＢ配置成允许定时器１和定时器２的下溢和周期中断。由三相半桥逆变器的工作原理可知，逆变器每一相的上下桥臂是互补导通的，为避免发生短路，击穿器件，要求上下桥臂不能同时导通，因此由ＤＳＰ产生的死区波形是单边不对称的。为了保持逆变后输出电压不变，控制程序根据测量反馈的输出电压采用数字ＰＩＤ控制算法得到控制电压。图３示出ＤＳＰ控制主程序及ＩＮＴ３中断子程序流程图。
３基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７的三相在线式ＵＰＳ结构及原理分析
ＵＰＳ结构
图２示出基于ＤＳＰ的三相在线式ＵＰＳ的结构。主要由主电路和控制电路构成。前者，由输入变压器、３．１
输入滤波电路、电压电流检测电路、功率电路、输出滤波电路及静态开关等组成。其中功率电路包括输入功
、三相半桥逆变器及ＤＣ／ＤＣ三部率校正部分（ＰＦＣ）
分。后者，由数字信号处理器ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７构成。其为整合性ＤＳＰ软件工具ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒ，可方便地对控制程序进行编写、执行和查错。输入端和输出端的电流、电压检测电路均是双闭环控制系统，一个是电压环，另一个是电流环。
图３ＤＳＰ
控制程序流程图
５
仿真与实验结果
为了验证以ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７为控制核心的ＵＰＳ
采用不同逆变器时的工作效果，分别对三相全桥和半桥逆变器在三相不对称负载时的工作情况进行了仿真和实验。图４ａ，以ｃ示出在ＭＡＴＬＡＢ环境下，
分别
ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ中的ＵｎｉｖｅｒｓａｌＢｒｉｄｇｅ为核心，
构建成三相全桥和半桥逆变器加三相不对称感性负
图２基于ＤＳＰ的三相在线式ＵＰＳ结构图
５４
一种采用ＤＳＰ控制并基于三相半桥逆变器的ＵＰＳ
载时的三相输出电压ｕＡ，具体参数：ｕＢ，ｕＣ仿真波形。Ａ相负载为３ｋＶＡ，功率因数ｃｏｓφ＝０．８；Ｂ相负载为
功率因数ｃｏｓφ功率３．５ｋＶＡ，＝０．９；Ｃ相负载为２ｋＶＡ，因数ｃｏｓφ＝０．６。图４ｂ，ｄ示出两台ＵＰＳ实验样机的两相输出电压ｕＡ，其中，ｕＢ实验波形。ＵＰＳ１采用三相全桥逆变器；ＵＰＳ２采用三相半桥逆变器，其它参数
与仿真时的相同。
的ＵＰＳ２在三相不对称负载下有较好的输出电压波形，最终使得ＵＰＳ２的整机工作效率较高。
表１ＵＰＳ１和ＵＰＳ２运行时的性能指标
具体参数三相负载能力输入逆变器电压输出单相电压输出三相电压输出频率谐波失真度整机效率ＵＰＳ１１８ｋＶＡＤＣ３６０～
４００ＶＡＣ２２０Ｖ±５％ＡＣ２２０Ｖ±５％
５０ＨｚＴＨＤ＜６％η＞９２％ＵＰＳ２
１８ｋＶＡＤＣ３６０～４００ＶＡＣ２２０Ｖ±２％ＡＣ２２０Ｖ±２％
５０ＨｚＴＨＤ＜２％η＞９７％
６
结论
提出了一种用ＤＳＰ控制的基于三相半桥逆变器的在线式ＵＰＳ。解决了传统采用三相全桥逆变器
电路设计的ＵＰＳ输出电压精度不高，以及必须通过“△－Ｙ”隔离变压器才能形成三相四线制的两个缺点。通过仿真和实验证明了该设计方案的优越性。
参考文献
［１］［２］
王兆安，黄社，２０００．
图４仿真与实验结果
ＦａｒｒｕｋｈＫａｍｒａｎ，ＴｈｏｍａｓＧＨａｂｅｔｌｅｒ．ＡＮｏｖｅｌＯｎ－ｌｉｎｅＵＰＳｗｉｔｈＵｎｉｖｅｒｓａｌＦｉｌｔｅｒｉｎｇＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．：ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎ，１９９８，１３（３）４１０￣４１８．［３］［４］
周永鹏，张
琦，黄锦恩．基于ＤＳＰ的大功率ＵＰＳ逆变
系统研究［Ｊ］．电力电子技术，２００５，３９（３）：７９～８０．李磊，胡文斌，陈劲操．两种移相控制全桥式高频环节逆变器比较研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００６，２６（６）：１０４．１００～
ｏｎ
俊．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出版
表１给出当负载为三相不对称感性负载时，
ＵＰＳ１和ＵＰＳ２运行时的性能指标。由表１实测数据可见，采用三相半桥逆变器设计的ＵＰＳ２，无论是输出单相、三相电压，还是谐波失真度ＴＨＤ都优于采用三相全桥逆变器设计的ＵＰＳ１，通过图４的仿真和实验波形也可直观看出，采用三相半桥逆变器设计
（上接第５页）
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联而成，其Ｒｂ＝０．２５Ω，Ｌ１＝７５μＨ，输入电容Ｃｉｎ＝２００μＦ。电机采用无刷直流电机，其额定转速ｎ＝
额定电压Ｕｅ＝２６０Ｖ。图５示出电感电流处２３００ｒ／ｍｉｎ，
于连续和断续两种情况下的充电电流ｉ实验波形。可见，其具有良好的恒流特性。
电路电阻，并对应不同的电池内阻确定出系统的最小
充电电压，从而获得电机能量反馈的最低转速。该分析方法为ＨＥＶ系统设计提供了一定的参考依据。
参考文献
［１］
ＢａｒｓａｌｉＳ，ＣｅｒａｏｌｏＭ，ＰｏｓｓｅｎｔｉＡ．ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏＣｏｎｔｒｏｌＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎａＳｅｒｉｅｓＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＶｅｈｉ－：ｃｌｅ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓ．ｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００１，１７（２）２６０￣２６６．［２］［３］
刘忠祥，邱阿瑞，柴建云，等．ＴＭＳ３２０Ｆ２４１在混合动力汽车电机控制中的应用［Ｊ］．电子技术应用，（：２００２，８）７７￣７８．梁秀玲，李优新，王鸿贵，等．新型可调磁永磁无刷直流电动机在电动汽车中的应用［Ｊ］．广东工业大学学报，２００４，：２１（４）１￣５．［４］
张
欣，郝小健，李从心，等．并联式混合动力电动汽车动力总成控制策略的仿真研究［Ｊ］．汽车工程，２００５，２７（：２）１４１￣１４５．［５］
陈洁平，王耀南，徐
华，等．基于ＤＳＰ的混合动力汽车
能源总成控制系统［Ｊ］．控制工程，：２００３，１０（６）５１５￣５１７．
图５
实验结果
４
结论
从理论上研究了ＨＥＶ系统中所用的充电电路。采用等效电阻分析法确定出蓄电池充电时的最大电压增
益与电路内阻和电池内阻的关系。由此，可根据已知的
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第４１卷第４期电力电子技术
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４Ａｐｒｉｌ，２００７
２００７年４月ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
一种采用ＤＳＰ控制并基于三相半桥逆变器的ＵＰＳ
黄玉水１，侯明鑫１，吴胜益２
（１．南昌大学，江西南昌３３００３１；２．江西公安专科学校，江西南昌３３００４３）
摘要：针对基于三相全桥逆变器的不间断电压（缺点，提出了一种用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７控制的基于三相半桥ＵＰＳ）
逆变器的在线式ＵＰＳ。详细分析了该ＵＰＳ的工作原理和电路结构，给出了软件设计方案。通过仿真和实验结果表明，该ＵＰＳ系统具有带三相不对称负载能力强，输出电压波形总谐波失真度（小，工作效率高等优点。ＴＨＤ）
关键词：逆变器；不间断电源／数字信号处理器中图分类号：ＴＭ４６４
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００－１００Ｘ（２００７）０４－００５３－０３
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤＳＰｉｎＵＰＳＣｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎＴｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＨａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅＩｎｖｅｒｔｅｒ
ＨＵＡＮＧＹｕ－ｓｈｕｉ１，ＨＯＵＭｉｎｇ－ｘｉｎ１，ＷｕＳｈｅｎ－ｙｉ２
（１．ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｘｉｃｏｌｌｅｇｅｏｆＰｕｂｌｉｃＳｅｃｕｒｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ３３００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｓｔｏｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆＵＰＳｂａｓｅｏｎｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，ａｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎ－ＬｉｎｅＵＰＳｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，
ｏｆｔｈｅＵＰＳａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈｅＵＰＳｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｍｅｒｉｔｓｏｆｓｔｒｏｎｇａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ，ｌｏｗｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ（ＴＨＤ）ｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ，ｈｉｇｈｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
１
引言
逆变器是不间断电源（的主体部分，是将ＵＰＳ）
直流电能转换成交流电能的必由途径［１］。传统的在线式ＵＰＳ常采用三相全桥逆变器［２￣４］，其优点是利用一组电池就能提供较大的功率，从而有利于减少每一个管子上的电压；主要缺点：一是输出三根都是火线，必须经过“隔离变压器才能得到三相四线△－Ｙ”
制的输出电压；二是由于每一路输出电压都需要两对管子参加工作，这就造成了当三相负载不平衡时，而影响三相输出电压的精度。
针对上述三相全桥逆变器的缺点，介绍了一种采用ＤＳＰ控制的三相半桥逆变器，分析了其工作原理，在该基础上进一步分析了基于三相半桥逆变器的在线式ＵＰＳ的工作原理，并给出了主电路结构和软件设计方案，最后通过仿真和实验结果证明了该设计方案的可行性。
半桥逆变器的控制电路和工作过程比全桥逆变器简单，从而提高了整个ＵＰＳ系统的可靠性。现以一组开关管ＶＴ５和ＶＴ６为例，讨论产生一路正弦波的过程。
２三相半桥逆变器主电路结构及工作
原理
图１示出三相半桥逆变器主电路结构。要得到与采用三相全桥逆变器设计的ＵＰＳ同样的功率，需将原来用于全桥的电池组数量增加一倍，但容量减半。
定稿日期：２００７－０１－２２
作者简介：黄玉水（１９６９－），男，江西南昌人，博士，副教
授。研究方向为电力电子技术与应用。
图１
三相半桥逆变器主电路结构
当由ＤＳＰ产
生的脉宽调制信号在某一时刻打开ＶＴ５时，电流路径如图１ａ中ｉ正１的实线箭头所示。在此过程中，ＧＢ１除
（１）产生正半波的过程（见图１ａ）
了向负载１提供能量，同时对于电感Ｌ１也是一个充电储能过程；当ＶＴ５导通结束，由于Ｌ１上储存了能量，在ＶＴ５快速关断的激励下，产生反电动势阻止电
５３
第４１卷第４期电力电子技术
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４Ａｐｒｉｌ，２００７
２００７年４月ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
流突变，电流路径如图１ａ中ｉ正２的虚线箭头所示。在此过程中，Ｌ１将存储的能量回馈给了ＧＢ２。显然ＶＴ５每一次导通都伴随着一次能量的回馈，由于输出波形的后面是ＬＣ滤波器，这样负载１上便得到了正弦波的正半波，此时电流方向由电路指向负载。
（２）产生负半波的过程（见图１ｂ）
ＵＰＳ的工作原理
（当市电正常供电时，市电经输入变压器后，一１）
方面给蓄电池充电，另一方面经过ＰＦＣ整流成４００Ｖ３．２
的直流稳压电源，然后再利用空间矢量脉宽调制法（，在逆变器内将直流电逆变为高质量的正ＳＶＰＷＭ）
弦波交流电输出给负载。此时，二极管ＶＤ１反偏截止。（当市电异常时，如欠压、断电，２）ＶＤ１的阴极电压将低于３６０Ｖ。此时，蓄电池组为逆ＶＤ１正向导通，变器提供直流电，从而保证电源的逆变器继续以无时间中断及无波形扰动的方式向负载提供高质量的正弦波交流电。
当产生正弦
波正半波的过程结束后，由ＤＳＰ产生的ＰＷＭ控制信号开始触发ＶＴ６，使ＶＴ６导通，电流路径如图１ｂ中ｉ负１的实线箭头和ｉ负２的虚线箭头所示。在此过程中，与产生正半波的过程类似，显然ＶＴ６每一次导通后也伴随着一次能量的回馈，经ＬＣ滤波器后，负载１上便得到了正弦波的负半波。这样，产生一路正弦波的过程结束，另两路产生正弦波的过程分别对应ＶＴ１和ＶＴ２，ＶＴ３和ＶＴ４，其原理与ＶＴ５和ＶＴ６的一致。
由此可见，三相半桥逆变器电路产生的三相输出电压分别对应三组桥臂ＶＴ１和ＶＴ２，ＶＴ３和ＶＴ４，
由于这三组桥臂相互独立工作，使得：ＶＴ５和ＶＴ６，①
在产生三相输出电压时就相互隔离，不存在相互影响的问题；有较高的输出②当带三相负载不平衡时，
电压精度；③省去了与三相全桥逆变器相连的“△－Ｙ”隔离变压器，实现了三相四线制。
４
系统软件设计
软件设计主要针对逆变器的控制。即定时器１
提供ＰＷＭ的产生、Ａ／Ｄ采样和高频电流控制环等
的时基；定时器２提供低频电压控制环的时基，两者均工作在连续增／减计数模式。中断屏蔽寄存器ＩＭＲ，ＥＶＩＭＲＡ和ＥＶＩＭＲＢ配置成允许定时器１和定时器２的下溢和周期中断。由三相半桥逆变器的工作原理可知，逆变器每一相的上下桥臂是互补导通的，为避免发生短路，击穿器件，要求上下桥臂不能同时导通，因此由ＤＳＰ产生的死区波形是单边不对称的。为了保持逆变后输出电压不变，控制程序根据测量反馈的输出电压采用数字ＰＩＤ控制算法得到控制电压。图３示出ＤＳＰ控制主程序及ＩＮＴ３中断子程序流程图。
３基于ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７的三相在线式ＵＰＳ结构及原理分析
ＵＰＳ结构
图２示出基于ＤＳＰ的三相在线式ＵＰＳ的结构。主要由主电路和控制电路构成。前者，由输入变压器、３．１
输入滤波电路、电压电流检测电路、功率电路、输出滤波电路及静态开关等组成。其中功率电路包括输入功
、三相半桥逆变器及ＤＣ／ＤＣ三部率校正部分（ＰＦＣ）
分。后者，由数字信号处理器ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７构成。其为整合性ＤＳＰ软件工具ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒ，可方便地对控制程序进行编写、执行和查错。输入端和输出端的电流、电压检测电路均是双闭环控制系统，一个是电压环，另一个是电流环。
图３ＤＳＰ
控制程序流程图
５
仿真与实验结果
为了验证以ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７为控制核心的ＵＰＳ
采用不同逆变器时的工作效果，分别对三相全桥和半桥逆变器在三相不对称负载时的工作情况进行了仿真和实验。图４ａ，以ｃ示出在ＭＡＴＬＡＢ环境下，
分别
ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ中的ＵｎｉｖｅｒｓａｌＢｒｉｄｇｅ为核心，
构建成三相全桥和半桥逆变器加三相不对称感性负
图２基于ＤＳＰ的三相在线式ＵＰＳ结构图
５４
一种采用ＤＳＰ控制并基于三相半桥逆变器的ＵＰＳ
载时的三相输出电压ｕＡ，具体参数：ｕＢ，ｕＣ仿真波形。Ａ相负载为３ｋＶＡ，功率因数ｃｏｓφ＝０．８；Ｂ相负载为
功率因数ｃｏｓφ功率３．５ｋＶＡ，＝０．９；Ｃ相负载为２ｋＶＡ，因数ｃｏｓφ＝０．６。图４ｂ，ｄ示出两台ＵＰＳ实验样机的两相输出电压ｕＡ，其中，ｕＢ实验波形。ＵＰＳ１采用三相全桥逆变器；ＵＰＳ２采用三相半桥逆变器，其它参数
与仿真时的相同。
的ＵＰＳ２在三相不对称负载下有较好的输出电压波形，最终使得ＵＰＳ２的整机工作效率较高。
表１ＵＰＳ１和ＵＰＳ２运行时的性能指标
具体参数三相负载能力输入逆变器电压输出单相电压输出三相电压输出频率谐波失真度整机效率ＵＰＳ１１８ｋＶＡＤＣ３６０～
４００ＶＡＣ２２０Ｖ±５％ＡＣ２２０Ｖ±５％
５０ＨｚＴＨＤ＜６％η＞９２％ＵＰＳ２
１８ｋＶＡＤＣ３６０～４００ＶＡＣ２２０Ｖ±２％ＡＣ２２０Ｖ±２％
５０ＨｚＴＨＤ＜２％η＞９７％
６
结论
提出了一种用ＤＳＰ控制的基于三相半桥逆变器的在线式ＵＰＳ。解决了传统采用三相全桥逆变器
电路设计的ＵＰＳ输出电压精度不高，以及必须通过“△－Ｙ”隔离变压器才能形成三相四线制的两个缺点。通过仿真和实验证明了该设计方案的优越性。
参考文献
［１］［２］
王兆安，黄社，２０００．
图４仿真与实验结果
ＦａｒｒｕｋｈＫａｍｒａｎ，ＴｈｏｍａｓＧＨａｂｅｔｌｅｒ．ＡＮｏｖｅｌＯｎ－ｌｉｎｅＵＰＳｗｉｔｈＵｎｉｖｅｒｓａｌＦｉｌｔｅｒｉｎｇＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．：ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎ，１９９８，１３（３）４１０￣４１８．［３］［４］
周永鹏，张
琦，黄锦恩．基于ＤＳＰ的大功率ＵＰＳ逆变
系统研究［Ｊ］．电力电子技术，２００５，３９（３）：７９～８０．李磊，胡文斌，陈劲操．两种移相控制全桥式高频环节逆变器比较研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００６，２６（６）：１０４．１００～
ｏｎ
俊．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出版
表１给出当负载为三相不对称感性负载时，
ＵＰＳ１和ＵＰＳ２运行时的性能指标。由表１实测数据可见，采用三相半桥逆变器设计的ＵＰＳ２，无论是输出单相、三相电压，还是谐波失真度ＴＨＤ都优于采用三相全桥逆变器设计的ＵＰＳ１，通过图４的仿真和实验波形也可直观看出，采用三相半桥逆变器设计
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联而成，其Ｒｂ＝０．２５Ω，Ｌ１＝７５μＨ，输入电容Ｃｉｎ＝２００μＦ。电机采用无刷直流电机，其额定转速ｎ＝
额定电压Ｕｅ＝２６０Ｖ。图５示出电感电流处２３００ｒ／ｍｉｎ，
于连续和断续两种情况下的充电电流ｉ实验波形。可见，其具有良好的恒流特性。
电路电阻，并对应不同的电池内阻确定出系统的最小
充电电压，从而获得电机能量反馈的最低转速。该分析方法为ＨＥＶ系统设计提供了一定的参考依据。
参考文献
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图５
实验结果
４
结论
从理论上研究了ＨＥＶ系统中所用的充电电路。采用等效电阻分析法确定出蓄电池充电时的最大电压增
益与电路内阻和电池内阻的关系。由此，可根据已知的
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